JPH07173541A

JPH07173541A - 機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH07173541A
Application number: JP31775393A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Kikuchi; 文彦菊池; Yasuhide Fujioka; 靖英藤岡; Minoru Nakajima; 稔中嶋
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-07-11
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2778433B2

Abstract

(57)【要約】【目的】引張強度が高く溶接部の硬化が小さいドアイ
ンパクトビーム用ＥＲＷ鋼管の製造方法を提供する。【構成】Ｃ:0.10 〜0.25％、Si:0.10 〜0.50％、Mn:
1.0％超3.0 ％以下、Ｐ:0.02％以下、Ｓ:0.02 ％以下、
Cr:1.0％超3.0 ％以下、Mo:1.0％以下およびNb:0.015
〜0.050 ％、さらに、必要に応じ、Ni:1.0％以下、Ti:
0.015〜0.05％およびＢ:0.0005 〜0.0050％のうちのい
ずれか１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
から成るＥＲＷ鋼管に、焼戻し、必要によりノルマライ
ズ処理をする。【効果】熱間圧延ままで、製管前後に焼入れをせず
に、製管後焼戻し、さらにノルマライズ処理で引張強さ
780 N/mm² 以上、かつ靱性にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に高強度でかつ高靱
性が必要とされる、例えば自動車ドアの補強用としてド
アインパクトビーム等に使用される、機械構造用の電気
抵抗溶接鋼管(以下、ＥＲＷ鋼管と記す) の製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドア補強材に使用されるＥＲＷ鋼管は、
衝突事故の際、塑性変形することによりエネルギーを吸
収する。したがって、ＥＲＷ鋼管は高強度であること、
塑性変形をある程度有することが大切である。具体的な
評価項目は、例えば降伏強度、引張強度、伸び、衝撃破
面遷移温度、衝撃曲げ折損の有無、遅れ破壊折損の有無
等が挙げられるが、一般的には、強度を高めると脆くな
り、すべての項目で所望の特性が満たされるわけではな
い。

【０００３】さらに、それらＥＲＷ鋼管の大半は、製管
後、高周波焼入れを行っているが、この方法は、一般に
低能率で量産に不向きであるため、熱処理コストが高く
なる欠点がある。

【０００４】特開昭52−14567 号公報および特開平３−
122219号公報には、製管後、それぞれ焼入れ−焼戻し、
焼入れを行う高強度ＥＲＷ鋼管の製造方法が示されてい
る。これらの方法では、鋼管特性はよいものの、主とし
て高周波焼入れを行うため工程が複雑になる欠点があ
る。

【０００５】最近、工程の簡略化の観点から、熱延鋼板
(コイル) の製造時のインライン焼入プロセスを用い
て、主としてＣ−高Mn鋼を素材として製管後は熱処理を
しないドア補強材製造法が開発されている。しかし、こ
の方法が適用できるのは、圧延設備およびその後の冷却
速度上の制約から板厚が2.3 mm以下の薄物に限られる。

【０００６】製管後の熱処理を単に省略した場合、例え
ばＣ−Mn−Ｂ鋼の熱延鋼板を熱間圧延のままＥＲＷ鋼管
として製管した場合、ＥＲＷ溶接部の硬化が残存し、衝
撃曲げ変形を受けた際、それがクラックの起点となって
低荷重で割れが発生し、ドア補強材として最も重要な耐
衝撃曲げ折損の特性が維持できないという問題がある。
さらに、製管時の残留応力により、遅れ破壊が懸念され
る問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、少な
くとも引張強さ780 N/mm² 以上の特性を有し、かつ衝撃
曲げ折損がしにくく、遅れ破壊折損しにくいなど靱性に
も優れた機械構造用高強度ＥＲＷ鋼管の製造方法を提供
することであって、しかも、焼入れしないことにより、
設備や工程を省き、量産性および経済性を向上した製造
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＥＲＷ鋼
管の素材として使用する熱延鋼板の化学組成を適切にす
れば、熱間圧延ままで空気焼入れされ780 N/mm² 以上の引張
強さが得られること、この鋼板を成形、溶接、製管し、その後焼戻しまたは
ノルマライズ処理して得られるＥＲＷ鋼管は、製管の前
後いずれにも焼入れを行わなくても、少なくとも780 N/
mm² 以上の引張強さと高い靱性を有すること、さらに、このＥＲＷ鋼管は前記の曲げ変形時の割れを
起こしにくい、耐遅れ破壊特性に優れている等多くの利
点があることを見い出した。本発明の要旨は次の(1) 好適態様にあっては(2) および
(3) の方法にある。

【０００９】（１）質量％でＣ:0.10 〜0.25％、Si:0.1
0 〜0.50％、Mn:1.0％超3.0 ％以下、Ｐ:0.02 ％以下、
Ｓ:0.02 ％以下、 Cr:1.0％超3.0 ％以下、Mo:1.0％
以下、 Nb:0.015〜0.050 ％、残部Feおよび不可避的
不純物から成る鋼組成の鋼材を素材として電気抵抗溶接
鋼管にし、さらにAc₁ 点以下の温度で焼戻しをすること
を特徴とする、引張強さ780 N/mm² 以上の電気抵抗溶接
部の硬化の小さい機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管の
製造方法。

【００１０】（２）上記(1) の方法であって、前記鋼材
がさらにNi:1.0％以下、Ti:0.015〜0.05％およびＢ:0.0
005 〜0.0050％のうちのいずれか１種以上を含有するこ
とを特徴とする、引張強さ780 N/mm² 以上の電気抵抗溶
接部の硬化の小さい機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管
の製造方法。

【００１１】（３）上記(1) 、(2) いずれかの方法で製
造した電気抵抗溶接鋼管に、さらに 850〜950 ℃でノル
マライズ処理を施すことを特徴とする、引張強さ780 N/
mm² 以上の機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管の製造方
法。

【００１２】

【作用】まず、本発明の方法でＥＲＷ鋼管の素材となる
熱延鋼板は、熱間圧延ままで780 N/mm² 以上の引張強さ
(T.S)を持たなければならない。この目標に沿って、そ
の化学組成を上記のように定めた。各合金成分の含有量
の限定理由は下記の通りである。

【００１３】Ｃ:Ｃは熱間圧延ままの熱延鋼板に所定の
強度を付与する重要な元素である。引張強さ (T.S)で78
0 N/mm² 以上を得るためには0.10％以上の含有量が必要
であり、一方0.25％を超えると溶接性が悪化する。溶接
性を考慮して上限を0.25％とした。

【００１４】Si:Siは脱酸のために添加する。その効果
を維持するためには、0.1 ％以上の含有量が必要であ
る。一方、Si含有量が0.50％を超えると製管溶接の際に
溶接部に欠陥が生じやすいため0.50％以下とした。

【００１５】Mn:Mnは焼入れ性を向上させるのに有効な
元素でしかも安価である。熱延鋼板の強度として引張強
さ780 N/mm² 以上を得るために1.0 ％超の含有量が必要
である。好ましくは1.5 ％超である。一方、Mn含有量が
3.0 ％を超えるとSiと同様にＥＲＷ溶接部に欠陥が生じ
やすいため3.0 ％を上限とした。

【００１６】Ｐ:Ｐは焼入れ後の靱性を悪化させる元素
である。その含有量が0.02％を超えると靱性が低下する
ため、0.02％以下とした。

【００１７】Ｓ:Ｓは非金属介在物MnS を生成させ、靱
性および溶接部の健全性を悪化させる元素である。その
含有量が0.02％を超えるとこの傾向が著しくなるため、
0.02％以下とした。

【００１８】Cr:Crは焼入れ性を比較的安価に向上させ
るのに有効な元素である。Crは1.0 ％以下であると、焼
入れ性が向上しにくく、上限はMnと同様3.0 ％を超える
とSiと同様にＥＲＷ溶接部に欠陥が生じやすいため3.0
％を上限とした。

【００１９】Mo:Moは焼入れ性を向上させるのに最も有
効な元素であるが、高価であることから上限を1.0 ％と
した。

【００２０】Nb:Nbは結晶粒の細粒化により、靱性を向
上させるのに有効であるが、0.015 ％未満ではその効果
が少なく、一方0.050 ％を超えると溶接部の靱性が悪化
する。よって、0.015 ％以上、0.050 ％以下とした。

【００２１】本発明においては、好ましくは次の各元素
のうちから、１種または２種以上を選んで含有させる。
いずれもほゞ同一の作用効果を有する。 Ni:Niは強化ならびに靱性向上に有効であるが、高価な
元素であるため、上限を1.0 ％とした。

【００２２】Ti:TiはTiＮの析出物により結晶粒の粗大
化を防止して靱性を向上させるのに有効である。さらに
重要なのは、TiはＢの焼入れ性向上効果を維持させるこ
とである。これは、鋼中に固溶しているＮを窒化物TiＮ
として固定するからである。これらの目的でTiを添加す
るが、通常、不可避的に含まれるＮの範囲でこの効果を
得るには、0.015 ％以上の含有量が必要である。一方、
0.05％を超えると粗大な窒化物を形成して逆に靱性が悪
化する。よって、0.015 ％以上、0.05％以下とした。

【００２３】Ｂ:Ｂは焼入れ性向上効果が大きい元素で
ある。0.0005％未満ではその効果がなく、一方、0.0050
％を超えると靱性の悪化をもたらす。よってその範囲を
0.0005〜0.0050％とした。

【００２４】上記の化学組成の熱延鋼板をスリット後ロ
ール成形および溶接を経てＥＲＷ鋼管とする。ロール成
形および電気抵抗溶接による製管は慣用の手段および条
件を採用することによって行えばよく、本発明にあって
特に制限されない。得られた鋼管は、そのままの特別の
熱処理を施さない状態でも780 N/mm² 以上の引張強さと
低温度での曲げ加工でも割れの発生しない高い靱性を有
する。しかしながら、ＥＲＷ溶接部の硬度のバラツキを
少なくし、靱性を高め、均一な機械的特性を有する鋼管
とするために、Ac₁ 点以下の温度、例えば400 〜700 ℃
で鋼管全体を加熱し、焼戻し処理を施す。

【００２５】また、ノルマライズ処理も効果的である。
ノルマライズ処理は、鋼管全体を850 〜950 ℃に加熱し
て空冷することによって行う。加熱温度が850 ℃未満で
は空冷による焼入れの加熱温度としては低すぎ、十分な
焼入れ効果が得られない。一方、950 ℃を超えると結晶
粒の粗大化による靱性の悪化をもたらす。

【００２６】

【実施例】

(実施例１)実施例１では熱処理に関する比較を行った。
表１に示す３鋼種（化学成分はどれも本発明の範囲内で
ある）を転炉−脱ガス処理を経て溶製し連続鋳造により
スラブを製造した。これらを次の条件で熱間圧延し、厚
さ2.7 mmの熱延鋼板とした。

【００２７】スラブ加熱温度 : 1250 ℃、熱延終了温度 : 950℃ コイル巻取り温度 : 700℃、冷却条件 : 空冷上記の熱延鋼板を使用し、慣用の手段、条件でもって外
径28.6mm×厚さ2.76mm×長さ10,000mmのＥＲＷ鋼管と
し、さらに500 ℃で焼戻しを行ったものと 920℃×15分
のノルマライズ処理をしたものを製造した。まずこれら
の鋼管の引張試験を行った。

【００２８】表１のように、ＥＲＷ製管ままの供試材に
比較して熱処理後のＥＲＷ鋼管は、引張強度(T.S) や降
伏強度(Y.S) はやや落ちるものの伸び(El)が増加し、結
果としてエネルギー吸収量が向上した。

【００２９】次に上記の鋼管１を用いてＥＲＷ溶接部の
断面の硬度分布の測定をJIS Z 2244におけるHV0.5 で行
った。図１に鋼管１の硬度分布の測定における硬度測定
位置を「×」印で示した。ＥＲＷ溶接部２を中心に0.5m
m の間隔で測定点を設けた。

【００３０】図２に結果を示した。図中□はＥＲＷ製管
ままでの測定値であって、ＥＲＷ溶接部付近で急激な硬
度の上昇が見られた。＋は、焼き戻し後の測定値、△
は、さらにノルマライズ処理後の測定値である。これら
の熱処理により、溶接熱影響部の硬度が周囲と同様のレ
ベルに低下したので、その分、靱性が向上したと云え
る。

【００３１】さらに、衝撃曲げ特性と遅れ破壊特性を試
験した。図３に衝撃曲げ特性の試験方法を示す。430mm
のスパンで、鋼管１の2 点を支持し、その中央に先端の
Ｒが90mm、重量150kg のおもり３を2m上から落下させ、
屈曲部に折損が発生するか確認した。

【００３２】図４に遅れ破壊特性の試験方法を示す。10
00mmのスパンで、鋼管１の２点を支持し、0.1 ％の塩酸
４に500 時間浸漬し、折損が発生するかを確認した。表
２にそれらの結果を示す。ＥＲＷ製管ままは、衝撃曲げ
試験、遅れ破壊試験ともに折損が発生した。これに対し
てＥＲＷ製管後、焼戻しまたはさらにノルマライズ処理
を用いるものでは、ともに折損は全く発生しなかった。

【００３３】(実施例２)実施例２では鋼の化学成分、熱
処理についての比較を行った。表３に示す鋼種No.1〜23
(鋼種No.1〜16が本発明例、鋼種No.17 〜23が比較例)
を転炉−脱ガス処理を経て溶製し、連続鋳造によりスラ
ブを製造した。これらを熱間圧延し、厚さ2.0 mmの熱延
鋼板とした。熱延条件は実施例１と同じである。得られ
た熱延鋼板を用いて慣用手段、条件でもって外径31.8mm
×厚さ2.0 mm×長さ4,000 〜10,000mmのＥＲＷ鋼管を製
造した。

【００３４】表４に示すように、本発明の鋼種No.1〜14
および比較例の鋼種No.17 〜21は、製管後焼戻し（500
℃）を、本発明の鋼種No.15 、16は、さらに本発明のノ
ルマライズ処理を施した。比較例の鋼種No.22 は製管ま
まである。また、比較例の鋼種No.23 は本発明外のノル
マライズ処理を施した。比較例の末尾の鋼種No.16 は、
その化学組成は本発明の範囲内であるが、本発明で定め
る温度の範囲外でノルマライズ処理を施した。これら(
本発明の鋼種No.15 、16、比較例の鋼種No.23、16) の
ノルマライズ処理の時間は、実施例１と同じ15分間とし
た。

【００３５】このようにして製造されたＥＲＷ鋼管につ
いて、上記実施例１と同じ機械的特性およびJIS 4 号試
験片による衝撃破面遷移温度 (vTrs) の測定を実施し
た。これらの結果を表４に併せて示す。

【００３６】本発明例の鋼種No.1〜14では、いずれも目
標強度の780 N/mm² 以上、伸びは10％以上を示し、さら
にはvTrsも−40℃以下の強靱な特性が得られている。ま
た、衝撃曲げ、遅れ破壊試験においてもいずれも折損が
なかった。本発明例の鋼種No.15 、16でも適正な範囲内
でのノルマライズ処理後において、上記と同様の優れた
特性が得られた。

【００３７】一方、化学成分が本発明で定める範囲外の
比較例の鋼種No.17 〜21、23のうち、No.17 は強度不足
となった。No.18 〜21は、高強度化による衝撃曲げ、遅
れ破壊試験時の折損が発生した。製管ままの比較例の鋼
種No.22 も衝撃曲げ、遅れ破壊試験時に折損が生じた。
ノルマライズの適正温度範囲を外れる比較例の鋼種No.2
3 では衝撃曲げ試験時に折損に至った。ノルマライズの
適正温度範囲を外れる比較例の鋼種No.16 では低温靱性
の悪化により衝撃曲げ、遅れ破壊試験時に折損に至っ
た。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【発明の効果】本発明に用いる熱延鋼板は、熱間圧延し
たままでも空気焼入れで充分な高強度が得られる素材で
ある。したがって本発明の方法、つまり製管前後に焼入
れをせずに、製管後焼戻しまたはさらにノルマライズ処
理をすることで、引張強さが780 N/mm² 以上のかつ靱性
にも優れた機械構造用高強度ＥＲＷ鋼管を製造すること
ができる。さらに、本発明の方法は、インライン焼入れ
や高周波焼入れのための設備を必要とせず、また熱間圧
延後の空気焼入れにより、板厚が冷却速度や硬度に及ぼ
す影響が小さいため、従来の板厚の制約が解消される。
したがって、本発明の方法により、量産性および経済性
を向上させたＥＲＷ鋼管製造法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＲＷ溶接部断面の硬度測定位置の説明図であ
る。

【図２】ＥＲＷ溶接まま、焼き戻し後、ノルマライズ処
理後の、硬度の測定位置と硬度測定値を示したグラフで
ある。

【図３】衝撃曲げ試験方法を示す説明図である。

【図４】遅れ破壊試験方法を示す説明図である。

【符号の説明】

1: ERW 溶接鋼管 2:ERW 溶接部 3: 衝撃曲げ試験用重り 4:0.1%塩酸溶液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ:0.10 〜0.25％、Si:0.10 〜0.50％、Mn:1.0％超3.0
％以下、Ｐ:0.02 ％以下、Ｓ:0.02 ％以下、 Cr:1.0％超3.0
％以下、 Mo:1.0％以下、 Nb:0.015〜0.050 ％、残部Feおよび不可避的不純物から成る鋼組成の鋼材を素材として電気抵抗溶接鋼管に
し、さらにAc₁ 点以下の温度で焼戻しをすることを特徴
とする、引張強さ780 N/mm² 以上の電気抵抗溶接部の硬
化の小さい機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管の製造方
法。
【請求項２】前記鋼組成がさらにNi:1.0％以下、Ti:
0.015〜0.050 ％およびＢ:0.0005 〜0.0050％のうちの
いずれか１種以上を含有することを特徴とする、請求項
１記載の、引張強さ780 N/mm² 以上の電気抵抗溶接部の
硬化の小さい機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管の製造
方法。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の方法で製
造した電気抵抗溶接鋼管に、さらに 850〜950 ℃でノル
マライズ処理を施すことを特徴とする、引張強さ780 N/
mm² 以上の機械構造用高強度電気抵抗溶接鋼管の製造方
法。